电子秤怎么看多少斤 一千克等于多少斤( 三 )


电子秤怎么看多少斤 一千克等于多少斤

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看人家”米“都搭着光速放飞了 , IPK简直太low了 。 必须抱量子物理这个大粗腿 。 2011年的国际计量大会原则性同意以普朗克常量重新定义千克 , 并决定将原定2015年的第25次会议提前至2014年举行 , 届时做出最终决议 。 但是到了2014年 , 科学家发现现有实验数据还不够完美 , 因而又决定推迟到今年的会议最终表决 。 目前要讨论通过的新定义是:
普朗克常数h定义为 6.62607015×10-34 kg·m2?s-1
What?!这是什么?看不懂!退票!
老实说笔者和大多数读者一样 , 完全不懂 , 这个和一公斤土豆怎么联系起来啊?!
要明白这个定义 , 还得回到中学物理课堂 。 普朗克常数数记为 h , 是一个物理常数 , 用以描述能量子大小 。 马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现 , 每一份能量子等于普朗克常数乘以辐射电磁波的频率 。 这关系称为普朗克关系 , 用方程表示普朗克关系式: E=hv;
其中 ,  E 是光子能量 ,  h 是普朗克常数 ,  v  是光子频率 。 看到E读者应该能联想到另一个著名的公式: E =mc2 。 爱因斯坦教导我们 , 能量是可以和质量和光速相关的 。
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假如我们把上面两个公式联起来 , mc2=hv , 那么是不是千克和普朗克常数就建立起关系来了呢?很遗憾 , 这两个E的意义并不相同 , 所以不能如此操作 。 但这两个公式也确有关联 , 它们解释了能量、质量、速度和频率是相关的 。 所以普朗克常数的单位才是kg·m2?s-1 。 在米和秒这两个基本单位都实现准确定义下 , 千克的准确定义也成为可能 。 其实对于大多数和笔者一样的吃瓜群众 , 能理解到这个程度也就可以了 , 接下来内容俺们完全可以放弃 。 因为要准确测量普朗克常数 , 需要借助一台极其复杂的仪器:Kibble balance-Kibble 天平 。
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The NIST-4 Kibble balance-美国国家标准与技术研究所里的Kibble 天平
Kibble 天平实验难度有多大?2012 《自然》将它列为物理学界最困难的五个实验之一 , 仅排在寻找上帝粒子和引力波之后(有趣的是如今这仨个实验都成功了!) 。 通过Kibble 天平实验可以获得将质量和普朗克常数联系起来的方程式中的所有数值 。 但是要达到BIPM的要求 , 实验最终的偏差要小于50 ppb,也就是十亿分之50 。 最终在2017年来自美国、加拿大和法国的四次实验数据达到了这一苛刻要求 , 从而为周五计量大会通过修改千克定义提供了坚实的数据支持 。
有趣的是 , 普朗克常数定义的千克并不是唯一的候选解决方案 。 另一群科学家试图通过另一个科学常量阿佛加德罗常数来定义千克 。 阿伏伽德罗常数这个概念大家在中学化学都接触过 , 它是联系一种粒子的摩尔质量(即一摩尔时的质量) , 及其质量间的比例常数 。 阿伏伽德罗常数用于代表一摩尔物质所含的基本单元(如分子或原子)之数量 , 而它的数值为:6.022140857(74)×1023 , 括号里的74代表测量数值的波动范围 。 这个方法好理解多了 , 假如我们能确保某一元素材料的高纯度 , 那么只要知道准确的阿伏伽德罗常数 , 那么我们就能精确制作出一个千克标注 , 反之亦然 。 下图就是一个以硅28为原料制成的世界上最圆的一千克球体 。
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通过它 , 科学家测量出了和普朗克常数相似精确度的阿伏伽德罗常数 。 遗憾的是这个方案最终没能入选 。
写到这儿时听说大会已经投票通过修改千克的提议 。 那么咱们就再来看看新的基本单位关系图吧:
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和之前相比 , 千克由普朗克定义 , “受制于”米和秒 。 开尔文和坎德拉将“受制于”千克 , 安培被秒“收于帐下” , 摩尔傍着阿佛加德罗常数单飞了 。

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